МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «НАНОТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И МЕХАНИКА»

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЕ ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ

Тольятти 2012 г.

СТАЛИ

Сталь является основной продукцией черной металлургии. В Российской Федерации приняты стандарты на стали, которые устанавливают маркировку, химический состав, способ производства и раскисления, механические свойства и правила приемки.

Сталью называется сплав железа с углеродом, в котором углерода содержится не более 2%. Основным классификационным признаком, определяющим марку стали, является ее химический состав. По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. В углеродистых сталях помимо железа и углерода, содержатся еще постоянные примеси. Эти примеси являются следствием специфических технологических особенностей металлургического производства (например, марганец, кремний вводятся в состав шихты как раскислители для удаления кислорода из металла), элементами естественного происхождения, которые в процессе плавки невозможно полностью удалить из металла (например, сера, фосфор, кислород, водород, азот) или случайного происхождения, которые входят с состав руды или шихты (например, хром, никель, медь и др.). Содержание в стали этих примесей также зависит от способа выплавки: мартеновский, конверторный электроплавка и др.

Марганец и кремний, являющиеся технологическими добавками, повышают прочностные характеристики сталей. Марганец к тому же устраняет вредное воздействие серы на свойства стали (красноломкость), переводя серу в тугоплавкое соединение MnS.

Сера и фосфор являются вредными примесями в стали, попадая в неё из руды. Сера придает стали красноломкость, свойство давать трещины при горячей обработке давлением в области высоких температур (850 – 1150°С). Фосфор сообщает стали хладноломкость, т.е. способность охрупчиваться при пониженных температурах, что делает невозможным применение изделий из такой стали в районах с холодным климатом.

Вредными примесями в стали являются кислород и водород. Кислород образует окислы, которые снижают прочностные свойства стали, а водород может образовывать трещинки-надрывы, называемые флокенами.

По назначению стали разделяются на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения. Конструкционными называются стали, применяемые для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений. Стали, применяемые в конструкциях и сооружениях, называются строительными. Четкой границы по химическому составу между строительной и машиностроительной стали нет. Конструкционная сталь должна обладать высокой прочностью, пластичностью и вязкостью в сочетании с хорошими технологическими свойствами: обрабатываемостью, штампуемостью, свариваемостью, т.е. сталь должна легко обрабатываться резанием, давлением и хорошо свариваться. Углеродистые конструкционные стали вплавляются мартеновским и конверторным способами.

Бессемеровская сталь по сравнению с мартеновской содержит повешенное количество растворенных азота и фосфора и при одинаковом содержании углерода имеет более высокую прочность и твердость и пониженную пластичность. Сталь, полученная в конверторах с кислородным дутьем и основной футеровкой, приближается по свойствам к мартеновской.

По ГОСТ все металлы и сплавы получили условные обозначения, т. е. марки, состоящие из букв и цифр, либо из комбинации букв и цифр.

Существуют два класса углеродистых сталей: обыкновенного качества общего назначения (ГОСТ 380 – 94) и качественные конструкционные стали (ГОСТ 1050 – 88). В зависимости от условий раскисления в процессе плавки эти стали, в свою очередь, делятся на три группы: спокойные (сп), получаемые полным раскислением металла марганцем, кремнием и алюминием в печи, а затем в ковше; кипящие (кп), раскисленные только марганцем; полуспокойные (пс) стали представляют сталь промежуточного типа, эти стали раскисленны марганцем и кремнием или марганцем и алюминием.

Констукционные углеродистые стали обыкновенного качества общего назначения

Стали обыкновенного качества общего назначения содержат 0,5% углерода и выплавляются в конверторах и больших мартеновских печах. К процессу выплавки этих сталей не предъявляют высоких требований.

Стали обыкновенного качества наиболее дешевые и используются для изготовления металлоконструкций и деталей машин общего назначения; из них изготовляют горячекатаный сортовой, фасонный и широкополосный листовой прокат: балки, прутки, швеллеры, уголки, листы, трубы, а также поковки, работающие при относительно невысоких напряжениях; они широко используются для строительных, сварных, клепанных и болтовых конструкций (балки, фермы конструкции подъемных кранов; корпуса сосудов и аппаратов, каркасы котлов, драги и др.), а также малоответственных деталей машин (оси, валы, шестерни, втулки, валики, болты, гайки и т.д.).

В зависимости от назначения и гарантируемых ГОСТом свойств эти стали делятся на три группы: А, Б и В.

Группа А – с гарантируемыми механическими свойствами.

Сталь группы А маркируется буквами Ст. и цифрами 0,1,2,3…7.

Таблица 1

Марки стали	σв, МПа	δ, % не менее	Марки стали	σв, МПа	δ, %
Ст0	320	22	Ст4кп, Ст4, Ст4пс	420 – 520	25 – 23
Ст1кп, Ст1, Ст1пс	320 – 380	33	Ст5, Ст5пс	500 – 620	21 – 19
Ст2кп, Ст2, Ст2пс	350 – 400	31	Ст6, Ст6пс	600 – 720	16 – 14
Ст3кп, Ст3, Ст3пс	380 – 470	27 – 25	Ст7, Ст7пс	700 – 750	11 – 10

Чем больше число, тем выше прочность и ниже пластичность. Эти стали используются в состоянии поставки без последующей горячей обработки давлением или термической обработки, т.к. их химический состав, определяющий режим обработки, может сильно колебаться.

Группа Б – с гарантируемым химическим составом. Они обозначаются буквами М – мартеновская, Б – бессемеровская и К – конверторная, а далее следуют буквы Ст и цифры. Чем больше цифра, тем выше содержание в стали углерода.

Таблица 2

Химический состав стали обыкновенного качества (группа б)

Марка стали	С	Химический состав в %
		Mn	Si		P	S
			кп	сп
Мартеновская и конверторная сталь
М Ст0, К Ст0	0,23	-	-	-	0,07	0,06
М Ст1, К Ст1	0,06-0,12	0,25-0,50	до 0,05	0,12-0,3	0,07	0,06
М Ст2, К Ст2	0,09-0,15	0,25-0,50	0,07	0,12-0,3	0,045	0,055
М Ст2кп, КСт3кп	0,14-0,22	0,3-0,6	до 0,07		0,045	0,055
М Ст3, К Ст3	0,14-0,22	0,4-0,65		0,12-0,3	0,045	0,055
М Ст4, К Ст4	0,18-0,27	0,4-0,7	0,07	0,12-0,3	0,045	0,055
М Ст5, К Ст5	0,23-0,37	0,50-0,80		0,15-0,35	0,045	0,055
М Ст6, К Ст6	0,36-0,49	0,50-0,80		0,15-0,35	0,045	0,055
М Ст7, К Ст7	0,50-0,62	0,50-0,80		0,15-0,35	0,045	0,055
Бессемеровская сталь
Б Ст0	0,14	-	-	-	0,090	0,070
Б Ст3	до 0,12	0,25-0,55	до 0,07	0,12-0,35	0,08	0,06
Б Ст4	0,12-0,2	0,35-0,55	0,07	0,12-0,35	0,08	0,06
Б Ст5	0,17-0,30	0,50-0,80		0,12-0,35	0,08	0,06
Б Ст6	0,26-0,40	0,6-0,9		0,12-0,35	0,08	0,06

При одной и той же марке бессемеровские стали содержат углерода меньше, чем мартеновские и конверторные, имеют повышенную прочность и пониженную пластичность вследствие большого содержания N, P, S.

Группа В представляет собой стали повышенного качества, которые выплавляются мартеновским и конверторным способом и поставляются с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. В обозначение марки данной стали входит буква В (ВМСт1, ВМСт2, ВКСт3, ВКСт4 и т.д.), при этом состав стали соответствует аналогичной марке МСт1, МСт2 и т.д., а механические свойства приведены в таблице 1. Стали повышенного качества имеют, главным образом, специализированное назначение (мосто – и судостроение, сельскохозяйственные машины и т. д.).

Сталь марок Ст1, Ст2,Ст3, Ст4 всех групп изготовляется кипящая, полуспокойная и спокойная, марок Ст5, Ст6, Ст7 – полуспокойная и спокойная. К обозначению этих групп добавляются индексы. Сварные конструкции изготовляют главным образом из спокойной и полуспокойной стали групп Б и В.